青霉素G，作为最早被应用于临床的抗生素，因其杀菌力强、毒性低、价格低廉且使用便捷，至今仍是处理敏感菌感染的首选药物。然而，其缺点也很明显，包括不耐酸、不耐青霉素酶、抗菌谱狭窄和易引发过敏反应。自1959年起，人们通过6-氨基青霉烷酸（6-APA）的化学改造，研发出数百种半合成青霉素，其中一些已广泛用于临床。以青霉素为例，如苄青霉素（benzyl penicillin），它源自天然青霉素，侧链为苄基，常以钠盐或钾盐形式存在，需在使用前配制成水溶液，因其在酸性和室温下不稳定，抗菌活性会迅速下降。
青霉素对多种细菌有显著作用，如革兰阳性菌、革兰阴性球菌、嗜血杆菌和螺旋体等。它对溶血性链球菌、肺炎球菌有强效，而对肠球菌的敏感性较弱。金葡菌对青霉素敏感性各异，产生青霉素酶的金葡菌则高度耐药。革兰阳性厌氧菌如产气荚膜杆菌和破伤风杆菌也对青霉素敏感。
青霉素的体内过程受酸度影响，口服吸收差，肌注后吸收迅速。常用青霉素的血药浓度在短时间内可达到高峰，然后迅速排泄，主要分布于细胞外液和特定组织。青霉素在脑脊液和眼内的浓度较低，但在炎症时，这些部位的渗透性会提高。
为了延长药效，人们发明了如普鲁卡因青霉素和苄星青霉素，它们在注射部位缓慢释放，适用于轻症患者或预防感染。青霉素在治疗多种感染如链球菌感染、肺炎球菌感染和脑膜炎等方面发挥重要作用，但需根据病原菌的耐药性选择合适的药物。
尽管青霉素的毒性较低，但常见副作用包括过敏反应，如过敏性休克、皮疹等。在使用时需详细询问病史，进行过敏试验，并做好急救准备。在治疗梅毒或钩端螺旋体病时，可能会出现赫氏反应，这是一种暂时的症状加剧现象。
在用药时，应注意避免局部神经炎，对于大剂量应用，应监测血清离子浓度。半合成青霉素根据其特性分为耐酸、耐酶和广谱青霉素，各有其特定的抗菌谱和适应症，需根据病人的具体情况选择合适的药物。
β-内酰胺类抗生素（β-lactams）系指化学结构中具有β-内酰胺环的一大类抗生素，包括临床最常用的青霉素与头孢菌素，以及新发展的头霉素类、硫霉素类、单环β-内酰胺类等其他非典型β-内酰胺类抗生素。此类抗生素具有杀菌活性强、毒性低、适应症广及临床疗效好的优点。本类药化学结构，特别是侧链的改变形成了许多不同抗菌谱和抗菌作用以及各种临床药理学特性的抗生素。